Caracterização de trocadores de calor compactos fabricados pela tecnologia de fusão em leito de pó a laser

Abstract

Este trabalho apresenta as etapas de caracterização de um trocador de calor compacto fabricado por fusão em leito de pó a laser. Foram fabricados 12 corpos de prova de tração em 316L, 6 na horizontal e 6 na vertical para caracterizar o material fabricado por fusão em leito de pó a laser, nos quais foi observado a anisotropia característica do processo de fabricação. Corpos de prova fabricados na horizontal resultaram em tensão de escoamento de 585,5 ± 7,09 MPa, limite de ruptura de 783,83 ±1,82 MPa e alongamento de 37,67 ±2,21 %. Na orientação vertical, as propriedades mecânicas médias foram, tensão de escoamento de 536,2 ± 8,17 MPa, limite de ruptura de 676,8 ± 8,5 MPa e alongamento de 42,6 ± 9,34 %. Foram fabricados corpos de prova para teste hidrostático, os quais foram submetidos e aprovados em teste vazamento de gás hélio, para o critério definido, 10^-7 mbarl/s, em seguida a testes de pressão hidrostática, na qual foi verificado que o projeto do núcleo é adequado para a aplicação. Foi avaliada a rugosidade nesses corpos de prova, na qual foi medida a rugosidade Ra de 9,59 ± 1,02 µm na face lateral e 6,40 ± 1,81 µm na face superior, diferença essa que pode ser justificada pelo efeito escada de fabricações por manufatura aditiva e ao efeito do remelting. Por último, foi fabricado um protótipo do trocador de calor, o qual foi submetido e aprovado em teste de estanqueidade, indicando a integridade do componente. Foram fabricadas amostras, junto ao trocador de calor, nas quais foi verificado que os parâmetros de fabricação foram adequados para obtenção de uma peça densa, 99,81% de densidade aparente, obtida pelo método de análise de imagem. A rugosidade na face lateral foi medida, obtendo valor Ra de 14,38 ±1,76 µm.

This study introduce the characterization steps of a compact heat exchanger manufactured by laser powder bed fusion. 12 tensile specimens were manufactured, 6 horizontally and 6 vertically, to characterize the material feedstock manufactured by laser powder bed fusion, in which the anisotropy, inherent characteristic of additive manufactured parts, was observed. Specimens manufactured horizontally resulted in yield stress of 585.5 ± 7.09 MPa, ultimate tensile strength of 783.83 ± 1.82 MPa and elongation of 37.67 ± 2.21%. In the vertical orientation, the average mechanical properties were, yield stress of 536.2 ± 8.17 MPa, ultimate tensile strength of 676.8 ± 8.5 MPa and elongation of 42.6 ± 9.34%. Specimens were manufactured for hydrostatic testing, which were submitted to and approved in a leak test of helium gas, for the defined criterion, 10 ^ -7 mbarl / s, after hydrostatic pressure tests, in which it was verified that the project the core is suitable for the application. The roughness in these specimens was evaluated, in which the Ra roughness of 9.59 ± 1.02 µm was measured on the lateral face and 6.40 ± 1.81 µm on the upper face, a difference that can be justified by the ladder effect additive manufacturing and remelting effect. Finally, a heat exchanger prototype was manufacture, tested and approved in a leak test, indicating the integrity of the component. Samples were manufacture with the heat exchanger, in which was observed that the manufacturing parameters were adequate to obtain a dense part, 99.81% of apparent density, obtained by the image analysis method. The roughness on the lateral face was measure, obtaining Ra value of 14.38 ± 1.76 µm.